CH641299A5 - Impulsdauer-pausendauer-modulator fuer messzwecke. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Impulsdauer-Pausendauer-Modulator zur Erzeugung einer Rechteckspannung, bei der das Verhältnis der Differenz zur Summe von Impulsdauer und Pausendauer einer von einer Messspannungsquelle gelieferten Messspannung proportional ist, mit einem Integrator, einem die Spannung des Integrators überwachenden Komparator, einer Referenzspannungsquelle, deren Polarität vom Komparator gesteuert wird, und einem Widerstand (R), über den die Referenzspannungsquelle an den Eingang des Integrators angeschlossen ist, wobei der Integrator dauernd einen Strom integriert, der aus einer zur Messspannung proportionalen Komponente und , aus einer zur Referenzspannung der Referenzspannungsquelle proportionalen Komponente besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspannungsquelle (Rb; Ri), die Referenzspannungsquelle (Q) und der Widerstand (R) eine Reihenschaltung bilden, die dauernd zwischen den Eingang (E) des Integrators (M) und Bezugspotential geschaltet ist.

2. Impulsdauer-Pausendauer-Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspannungsquelle aus dem Bürdenwiderstand (Rb) eines Stromwandlers (StW) besteht.

3. Impulsdauer-Pausendauer-Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspannungsquelle aus dem Lastwiderstand (RO eines Spannungswandlers (SpW) besteht.

4. Impulsdauer-Pausendauer-Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator ein Schmitt-Trigger (ST) ist.

5. Impulsdauer-Pausendauèr-Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator (K) die Spannung (Uj) des Integrators (M) mit einer Dreieckspannung (UA) vergleicht.

6. Impulsdauer-Pausendauer-Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator (M) aus einem Verstärker (V) und einem zwischen dessen Eingang und Ausgang geschalteten Kondensator (C) besteht.

Die Fig. 1 zeigt einen bekannten Impulsdauer-Pausendauer-Modulator, auch Mark-Space-Modulator genannt,

nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine Messspannung Um einer nicht dargestellten Messspannungsquelle erzeugt in einem Widerstand Ri einen proportionalen Messstrom Im. Dieser Messstrom fliesst in einen Miller-Integrator M, der aus einem Verstärker V und einem zwischen dessen Eingang und Ausgang geschalteten Kondensator C besteht. An den Ausgang des Verstärkers V ist .ein Schmitt-Trigger ST angeschlossen, welcher einen Schalter S einer Referenzspannungsquelle Q steuert. In der einen Stellung des Schalters S ist der Eingang des Verstärkers V über einen Widerstand R mit einer positiven Referenzspannung + Ur und in der anderen Stellung mit einer negativen Referenzspannung — Ur verbunden. Dementsprechend fliesst dauernd ein Referenzstrom Ir, der sich dem Messstrom Im überlagert und je nach der Stellung des Schalters S positiv oder negativ ist, zum Eingang E des Miller-Integrators M.

Am Ausgang des Miller-Integrators M entsteht eine Dreieckspannung Uj, die gemäss der Fig. 2 jeweils bis zum oberen Schwellenwert US| des Schmitt-Triggers ST ansteigt, wonach der Schmitt-Trigger ST umkippt, der Schalter S umschaltet, der Referenzstrom Ir seine Polarität umkehrt und die Dreieckspannung Uj bis zum unteren Schwellenwert Us2 des Schmitt-Triggers ST abfällt. Am Ausgang des Schmitt-Triggers ST entsteht eine Rechteckspannung mit der Impulsdauer Ta und der Pausendauer Tb.

Es gilt

Ta — Tb _ _ Im _ _ Um _ R

Ta + Tb Ir Ur Ri

Das Verhältnis R/Ri stellt also eine Proportionalitätskonstante dar, was bedingt, dass die Widerstände R und Ri Präzisionswiderstände sein müssen.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Impulsdauer-Pausendauer-Modulator der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Verhältnis Ta — Tb/Ta + Tb vom Widerstand R unabhängig ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild des bekannten Impulsdauer-Pausen-dauer- Modulators,

Fig. 2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm,

Fig. 3 und 4 je ein Schaltbild eines erfindungsgemässen Impulsdauer-Pausendauer-Modulators und

Fig. 5 ein weiteres Spannungs-Zeit-Diagramm.

In der Fig. 3 weisen gleiche Bezugszeichen wie in der Fig. 1 auf gleiche Teile hin. Der Impulsdauer-Pausendauer-Modulator nach der Fig. 3 besteht ebenfalls aus einem Miller-Integrator M, einem Schmitt-Trigger ST und einer die Referenzspannung + Ur bzw. — Ur liefernden Referenzspannungsquelle Q. Diese Teile sind in gleicher Weise miteinander verbunden wie in der Fig. 1 und arbeiten auch auf gleiche Weise. Ein Widerstand Rist ebenfalls vorhanden; dieser ist jedoch nicht unmittelbar, sondern in Reihe mit einem Bürdenwiderstand Rb eines Stromwandlers StW zwischen den Eingang E des Miller-Integrators M und die Referenzspannungsquelle Q geschaltet. Der Stromwandler StW wird primärseitig von einem zu messenden Strom I durchflössen und am Bürdenwiderstand Rb fällt eine Messspannung Um ab. Der als Messspannungsquelle wirkende Bürdenwiderstand Rb, die Referenzspannungsquelle Q und der Widerstand R bilden also eine Reihenschaltung, die dauernd zwischen den Eingang E des Miller-Integrators M und Bezugspotential geschaltet ist. Durch diese Reihenschaltung fliesst ein Strom zum Miller-Integrator M, der aus einer zur Messspannung Um proportionalen Komponente und aus einer zur Referenzspannung + Ur bzw. — Ur proportionalen Komponente besteht.

Es gilt

_ Uh • C (R + Rb)

Ur + Um

Uh • C (R + Rb)

und daraus

Ta — Tb _ ^ Um Ta + Tb ~ Ur wobei Uh = Usi — Us2 bedeutet. Das Verhältnis der Differenz zur Summe von Impulsdauer Ta und Pausendauer Tb ist also im wesentlichen nur von der Messspannung Um und der Referenzspannung Ur abhängig. Der Widerstand R geht in das Messresultat nicht ein.

Anstelle des Stromwandlers StW mit dem Bürdenwiderstand Rb kann, wie Fig. 4 zeigt, ein Spannungswandler SpW mit einem an dessen Sekundärwicklung angeschlossenen Lastwiderstand Ri dienen, der die zu einer Spannung U proportionale Messspannung Um liefert und mit dem Widerstand R sowie mit der Referenzspannungsquelle Q in Reihe geschaltet ist.

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Zur Überwachung der Spannung Uj des Miller-Integrators M ist in der Anordnung nach der Fig. 4 ein Komparator K vorgesehen, der die Spannung U; mit einer Dreieckspannung UA vergleicht und, wie aus der Fig. 5 hervorgeht, die Polarität der Referenzspannung Ur jeweils dann umschaltet, wenn die Spannung Uj den Momentanwert der Dreieckspannung UA überschreitet oder unterschreitet. Es gilt wiederum

Ta-Tb = _ _U^

Ta + Tb Ur wobei Ta + Tb der Periodendauer der Dreieckspannung UA 5 entspricht und von der Messspannung Um unabhängig ist.

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1 Blatt Zeichnungen